CNC加工材料的最终指南

1. 介绍

在当今的制造景观中, CNC (计算机数值控制) 加工架是一种关键技术，可以生产高度精确且复杂的组件.

然而, 任何CNC项目的成功在很大程度上取决于选择正确的材料.

适当的选择可以显着影响性能, 耐用性, 成本, 和最终产品的整体效率.

这篇博客文章旨在为CNC加工材料提供深入的指南, 探索他们的属性以及如何影响加工过程.

2. 了解材料特性

探索特定材料之前, 了解材料特性如何影响CNC加工至关重要.

在加工条件下，不同的材料行为不同, 选择合适的材料对于实现最佳结果至关重要.

这是影响CNC加工的关键材料特性:

硬度

硬度是材料抵抗压痕的能力, 刮擦, 并穿.

较硬的材料通常提供更大的耐磨性, 使它们非常适合随着时间的流逝而经历磨损或压力的零件.

然而, 由于其抵抗切割工具的抵抗力，更艰难的材料对机器可能更具挑战性.

• 主要考虑因素: 钢铁等材料, 钛, 和工具钢以其高硬度而闻名, 这使它们非常适合重型应用.
  在另一侧, 铝或塑料等较软的材料更容易机动, 但是在高压力环境中使用时，它们可能会更快地磨损.
• 例子: 用于CNC加工, 材料 H13工具钢 (周围的硬度 45-50 HRC) 通常用于成型或重型工具,
  尽管 6061 铝 (用大约的brinell硬度 95) 更柔软，更可加工.

韧性

韧性是指材料能够吸收能量和变形而不会破裂的能力.
这是强度和延展性的结合, 使其成为暴露于高影响或冲击负荷的零件的关键特性.
坚硬的材料在涉及突然力或机械冲击的条件下表现更好, 例如汽车或航空航天组件.

• 主要考虑因素: 强大而坚固的材料可以承受影响, 振动, 和高压力条件.
  金属喜欢 钛 和 碳钢 以韧性而闻名，并用于需要可靠耐用零件的行业, 例如航空航天或重型机械.
• 例子: 钛合金 (例如 ti-6al-4V) 高度艰难, 在压力下抵抗开裂的同时，提供出色的强度与重量比.

延性

延展性是材料在破裂之前经历明显塑性变形的能力, 通常通过拉伸或弯曲.

高延展性对于需要成形的零件很重要, 在制造过程或使用中弯曲或伸展.

当材料需要吸收压力而不会失败时，这一点尤其重要.

• 主要考虑因素: 可以轻松地形成和操纵延性材料而不会破裂.
  用于CNC加工, 对于需要复杂形状或需要弯曲或伸展的零件而无需断裂的应用，延性材料是优选的.
• 例子: 铜 和 铝 都是高延展性的，可以很容易地形成复杂的组件，例如电连接器或薄壁零件.

力量

强度是材料承受施加力而不会破裂或失败的能力.

材料的强度越大, 它可以支撑的重量或压力越大而不会变形.

用于CNC加工, 理解强度对于为结构或负载部分选择合适的材料至关重要.

• 主要考虑因素: 具有较高拉伸强度的材料 (伸展或拉开的抵抗力) 非常适合将承受重大机械应力的零件.
  例如, 钛 和 碳钢 用于在航空航天和汽车应用中的出色强度.
• 例子: 7075 铝, 以其高的拉伸强度而闻名 83,000 psi, 在航空航天中常用, 尽管 不锈钢 提供出色的力量和抵抗疲劳.

耐腐蚀性

耐腐蚀性是材料抵抗由水分等环境因素引起的化学降解的能力, 盐, 或化学物质.

表现出极好的耐腐蚀性的材料对于暴露于恶劣环境的应用是必需的, 例如海军陆战队, 化学, 或户外应用.

• 主要考虑因素: 选择具有高腐蚀性的材料可确保最终产品的寿命和耐用性.
  不锈钢 (尤其 316), 钛, 和 铝 通常以优异的耐腐蚀特性而选择.
• 例子: 316 不锈钢 对氯化物和其他化学物质的腐蚀具有高度抗性, 使其成为海洋环境和医疗植入物的首选.

3. 选择CNC加工材料时需要考虑的因素

为CNC加工选择正确的材料是平衡行为, 考虑多种因素会影响性能和成本. 这是要考虑的最关键因素:

耐用性

耐用性是材料承受磨损的能力, 腐蚀, 随着时间的流逝疲劳.

在将组件暴露于恶劣环境条件的应用中, 耐用性是主要问题.

高度耐用的零件需要较少的替换量, 降低所有权总成本并确保长期功能.

• 主要考虑因素: 寻找将强度和抵抗力结合到水分等环境因素的材料, 化学物质, 和极端温度.
  不锈钢 和 钛 高度耐用，可抵抗腐蚀, 使它们非常适合医疗设备, 海洋环境, 和航空航天应用.
• 例子: 钛合金 通常在航空航天和医疗行业中使用其承受恶劣环境而不会随着时间而退化的能力.
  不锈钢 合金喜欢 316 也很耐用和耐腐蚀, 使其非常适合暴露于盐水或化学物质的设备.

可加工性

可加工性指的是如何轻易切割材料, 形状, 或在CNC加工过程中完成.
高可加工性的材料需要更少的能量来处理, 这会导致生产时间更快, 更长的工具寿命, 并降低了整体加工成本.

• 主要考虑因素: 太硬或磨料的材料可以快速磨损切割工具, 增加整体成本和加工时间.
  另一方面, 较软的材料倾向于更容易机加工，但使用速度可能会更快地磨损.
  铝 和 黄铜 以其出色的可加工性而闻名, 使它们具有成本效益和有效的质量生产.
  反过来, 更硬的材料 钛 或者 inconel 需要专门的工具和较慢的加工速度.
• 例子: 6061 铝 广泛用于CNC加工中，以便于加工和快速生产精确零件的能力,
  尽管 钛 由于其性质更艰难和更高的工具成本，需要更多的关注.

热性能

当选择暴露于高温或明显温度波动的应用材料时，热性能至关重要.
这些特性包括导热率, 耐热性, 和热膨胀. 热性能较差的材料会扭曲, 削弱, 或在温度变化下失败.

• 主要考虑因素: 如果您的申请需要将暴露于热量的组件, 您需要一种具有高热阻力和低热膨胀的材料.
  钛 和 inconel 非常适合高温环境, 例如航空航天或涡轮应用, 在极热下维持材料完整性至关重要的地方.
  材料 铝 由于其高热电导率，非常适合散热.
• 例子: inconel 通常以其承受极高温度的能力而被选择 (最多2,000°F) 而不会失去其机械性能.
  铝 (喜欢 6061) 由于其出色的导热率，通常用于散热器和热量管理组件.

成本

选择CNC加工材料时，成本通常是最关键的因素之一, 特别是对于大型生产运行.
材料 铝 和 黄铜 与专业材料（如特殊材料）相比，更具成本效益 钛 或者 inconel.
然而, 选择便宜的材料可能会导致性能或寿命妥协, 因此，重要的是要平衡成本与所需的绩效标准.

• 主要考虑因素: 不仅考虑前期材料成本, 但也包括加工时间等因素, 工具穿, 长期的潜在维护或替换成本.
  用于低成本, 大批量应用, 铝 和 塑料 例如 丙烯酸纤维 和 尼龙 经常使用.
  用于高性能零件, 材料的额外成本，例如 钛 可能是合理的.
• 例子: 铝 6061 通常以其成本和性能之间的良好平衡而选择, 特别是汽车和航空航天等行业的结构和轻量级零件.
  钛, 虽然更昂贵, 选择其在苛刻应用中的独特属性，例如航空航天和医疗植入物.

完成要求

零件的完成要求可以显着影响物质选择.

对于美学的应用，首选提供更好的表面饰面的材料，而额外的后处理最少。

或功能表面特性 (喜欢平滑, 耐腐蚀性, 或电导率) 很关键.

• 主要考虑因素: 对于需要高质量完成的零件, 材料 不锈钢 或者 铝 更容易抛光和阳极, 提供干净, 视觉上吸引人的结果.
  其他材料, 例如 工具钢 和 inconel, 可能需要其他处理步骤，例如打磨或抛光以实现所需的饰面.
• 例子: 铝 6061 以其高质量的能力而受欢迎, 是否消极, 粉末涂料, 或简单的抛光.
  不锈钢, 特别 304 或者 316, 通常用于闪亮的应用中,
  需要美观的饰面, 例如厨房电器或建筑组件.

行业应用

针对特定行业量身定制不同的材料, 取决于性能要求和环境条件.

在选择CNC加工材料时，了解行业的特定需求至关重要.

• 主要考虑因素: 每个行业都可以优先考虑不同的材料特性. 例如, 航天 需要具有高强度比率和耐热性的材料,
  医疗应用 需要生物相容性和耐腐蚀性, 和 汽车零件 受益于成本效益, 耐用材料.
• 例子: 在 航天 行业, 材料 钛 和 inconel 由于其高强度比率和对高温的抵抗而受到青睐,
  尽管 医疗植入物 经常依靠 不锈钢 或者 钛 由于其耐腐蚀性和生物相容性.

4. 常见的CNC加工材料

让我们分解CNC加工中一些最常用的材料, 按类型分类:

金属:

• 铝 (例如。, 6061, 7075): 铝很轻, 耐腐蚀, 易于机械, 使其成为最受欢迎的选择之一.
  例如, 6061 铝具有良好的力量, 和良好的耐腐蚀性, 并且经常用于航空航天和汽车行业.
  另一方面, 7075 铝, 具有更高的强度重量比, 对于飞机零件等高性能应用是优选的.

• • 特性: 力量: 30-50 KSI (为了 6061), 可加工性: 出色的
  • 申请: 航天, 汽车, 消费产品.

• 不锈钢 (例如。, 304, 316): 不锈钢很强, 耐用的, 耐腐蚀, 这使得它非常适合诸如食品加工之类的苛刻环境, 医疗设备, 和海洋申请.
  例如, 304 不锈钢是最广泛使用的等级之一，由于其出色的耐腐蚀性和相对较低的成本.

• • 特性: 力量: 70-100 KSI, 耐腐蚀性: 出色的
  • 申请: 医疗的, 食品加工, 海军陆战队.

• 钛: 钛合金以其高强度与重量比和耐腐蚀性而闻名.
  钛通常用于航空航天, 医疗的, 以及性能和可靠性至关重要的军事应用.

• • 特性: 力量: 130-160 KSI, 可加工性: 难的
  • 申请: 航天, 医疗植入物, 军队.

• 铜 & 黄铜: 铜非常适合电导率, 虽然黄铜以其耐腐蚀性而闻名.
  这些材料通常用于电气和管道组件.

• • 特性: 电导率: 58% IACS (铜), 力量: 50-70 KSI (黄铜)
  • 申请: 电连接器, 管道固定装置.

• 碳钢: 碳钢很强, 成本效益, 和多功能. 它通常用于不需要极端耐腐蚀性的结构组件和零件.

• • 特性: 力量: 50-70 KSI, 成本: 低的
  • 申请: 汽车, 建造, 一般制造业.

塑料:

• 丙烯酸纤维 (PMMA): 丙烯酸很轻, 透明的, 易于机械, 使其成为标牌等应用的理想选择, 照明固定装置, 并显示.

• • 特性: 可加工性: 出色的, 冲击阻力: 缓和
  • 申请: 显示, 标牌, 光学镜头.

• 尼龙: 尼龙很艰难, 耐磨塑料通常用于齿轮, 衬套, 和机械中的活动部件.

• • 特性: 力量: 10-15 KSI, 戴阻力: 出色的
  • 申请: 齿轮, 轴承, 汽车.

• 德尔林 (乙酸): Delrin是一种高强度塑料，以其刚性和精度而闻名. 它通常用于需要紧张的零件, 例如齿轮和轴承.

• • 特性: 力量: 20-25 KSI, 维稳定性: 出色的
  • 申请: 精密零件, 齿轮, 轴承.

• 聚碳酸酯: 聚碳酸酯以其抗性性而闻名，用于需要韧性的应用, 例如保护盖.

• • 特性: 冲击阻力: 很高, 透明度: 出色的
  • 申请: 保护盖, 光学镜头.

复合材料:

• 碳纤维: 碳纤维非常轻巧且强大, 使其非常适合在航空航天和运动器材等行业中的高性能应用.

• • 特性: 力量: 150-300 KSI, 重量: 30-50% 比铝轻
  • 申请: 航天, 汽车, 运动器材.

• 玻璃纤维: 玻璃纤维提供强度和抵抗性腐蚀, 通常用于结构应用和暴露于恶劣环境的零件.

• • 特性: 力量: 40-80 KSI, 耐用性: 高的
  • 申请: 船, 结构成分.

5. 专业CNC加工材料

inconel

它们是为高温阻力而设计的, 使它们在航空航天和发电部门中必不可少.
inconel 718 可以承受高达700°C的温度, 确保在极端条件下稳定.

Hastelloy

这是高度耐腐蚀的, 特别是在积极的化学环境中, 并且经常用于海洋和化学加工行业.
Hastelloy C-276表现出极大的抵抗力, 缝隙腐蚀, 和应力腐蚀破裂.

陶瓷

陶瓷材料异常硬且耐磨损, 适用于切割工具等应用, 轴承, 和半导体制造.

硝酸硅陶瓷, 例如, hard 15 GPA, 提供出色的耐用性和寿命.

工具钢

工具钢专门为模具和模具设计, 为高压力应用提供出色的硬度和韧性.

A2工具钢, 带有HRC的Rockwell硬度 60-62, 确保在苛刻的制造过程中可靠的性能.

6. 需要考虑的其他因素

需要公差

紧密的公差需要使用可预测的材料准确地固定尺寸.

精密工程通常需要±0.001mm以内的公差, 可以用钛和不锈钢等材料可靠地实现.

手术后过程

一些材料受益于或需要进行后的过程，例如热处理, 涂层, 或抛光.

这些过程可以增强材料特性或美学. 例如, 阳极氧化铝不仅提高了其耐腐蚀性，还增加了吸引人的饰面.

环境条件

应考虑组件的操作环境, 包括接触化学物质, 水分, 紫外线辐射, 和温度波动.

聚碳酸酯, 例如, 提供出色的紫外线耐药性, 使其适合户外应用.

7. 材料选择如何影响CNC加工

加工时间

较硬的材料通常需要更长的时间, 可能增加生产成本和交货时间.

例如, 加工钛可以将加工时间延长到最多 30% 与铝相比, 影响整体效率.

工具穿

更多的磨料材料可以加速工具磨损, 导致更高的维护成本和频繁的工具更换.

使用钻石涂层工具可以延长工具寿命 40%, 降低停机时间和成本.

表面饰面

某些材料固有地产生更好的表面饰面, 减少对额外完成步骤的需求并提高整体效率.

德尔林, 例如, 可以达到低于RA的表面粗糙度值 0.8 μm, 最小化后处理要求.

成本效率

平衡材料成本与生产效率至关重要.

昂贵的材料可能通过提高性能或减少加工时间来证明其成本合理, 虽然较便宜的替代方案，如果需要更广泛的处理，则可能导致更高的长期支出.

例如, 选择铝制铝可以降低初始成本，但随着时间的推移，维护和替换成本更高.

8. 结论

为CNC加工选择适当的材料是一个关键决定，它会影响项目的各个方面，从初始设计到最终性能.

通过了解所涉及的属性和注意事项, 制造商可以选择最能满足其应用需求的材料，同时平衡成本和效率.

选择正确的材料不仅可以提高最终产品的质量和耐用性，还可以优化整个制造过程.

拥抱 CNC加工 通过做出良好的材料选择, 并将您的项目提升到新的高度.

Deze是专业的CNC加工厂. 如果您对任何材料有任何CNC处理需求, 请随时 联系我们.